一种利用二氧化碳控制钢坯氧化和缓冷速度的系统及方法与流程

1.本发明属于金属冶炼技术领域，涉及一种利用二氧化碳控制钢坯氧化和缓冷速度的系统及方法。


背景技术：

2.在钢铁冶金连铸过程中，根据生产品种不同对下线钢坯的冷却处理也不相同，其中以高合金钢最为典型。 高合金钢由于c含量和合金含量相对较高，具有较高的裂纹敏感性，连铸凝固后的铸坯继续冷却会产生较大的冷却线收缩，冷却过快会出现裂纹导致钢坯判废。对于高合金钢一般采用入缓冷坑堆垛缓冷，钢板裂纹发生率从66.7%降低到6.6%，有效保证了铸坯质量，但常规的缓冷坑由于结构设计等方面的局限，不能够满足后续热送的需要，特别对于板坯生产的大规格连铸坯，缓冷工艺对质量的影响更为明显，在大规格产品生产过程中，对下线铸坯入坑进行缓冷，保证钢坯出坑温度在200℃～650℃之间，在冷却过程中冷却速度对质量影响巨大，冷却速度过快，钢坯易产生裂纹，冷却速度过慢，则会制约前后工序的衔接。
3.目前，对于大规格连铸工艺过程中的热钢坯的冷却方式采用坑式缓冷，其工作原理是在地面下建设一定规格的坑，坑壁砌保温砖，将热钢坯堆放在坑内，再在坑顶部用盖板封孔，待热坯冷却至所需温度后，打开顶部盖板，将冷却后的热钢坯取出。但是坑式缓冷的建设周期较长、大大提高了生产成本，另外，坑式冷却的冷却周期也比较长，至少需要3-4天时间才能冷却至200℃左右，生产存在瓶颈，生产效率非常低。
4.钢坯环冷过程没有采取任何降低其冷却速度或者控制缓冷坑氧化气氛的措施，钢坯冷却周期越长，钢坯表面的氧化铁皮就越厚，金属损失就越大，造成过程加工成本上升，对行业的发展不利。
5.发明专利：一种热钢坯缓冷保温房(201510321662.3)，本发明公开了一种热钢坯缓冷保温房，包括:四周及底部封闭、顶部敞开的箱体和能将箱体顶部敞口封盖的箱盖，在箱盖的内侧面上设置有顶部保温层，在箱体底部及四周侧壁的内侧面上分别设置有底部保温层和侧壁保温层;在箱体的底部保温层上方设置有用于堆放热钢坯的底部支架，在箱体的前、后侧的侧壁保温层内侧分别设置有用于支承热钢坯的侧面支架，热钢坯横向水平堆放于由底部支架和侧面支架构成的堆放腔室中;在箱体和箱盖之间还设置有控制堆放腔室中热钢坯冷却速度的温度调节装置。本发明的优点是:能控制热钢坯冷却速度，从而满足不二同生产工艺要求中对冷却速度的要求。
6.相比传统的环冷处理方法，上述专利提供的方法建设周期短，过程缓冷温度可控，较传统的坑式缓冷坑，出现了较大的进步。该专利解决冷却速度所采用的方法，主要通过增加单位时间内缓冷坑空气量，实现带走热量增加的目的，但当温度大于570℃时，空气量的增加会加剧红热钢坯氧化，造成氧化铁皮数量增加，金属损失升高，年损失钢产量增加；另外疏松的氧化铁覆盖在钢坯表面，降低了钢坯的导热系数，严重影响后续加热炉的加热效率，同时增加了轧制前氧化铁皮除去的难度，这将造成后续轧制过程氧化铁皮压入风险增
加，对于真正的工业生产来说，上述专利的适用性还有待商榷。
7.基于上述原因，有必要提供一种利用co2控制钢坯氧化和加速缓冷系统及方法，在密封缓冷坑装入钢坯之后，使用co2气体将空气置换出后，通过循环系统的风机转速控制换热速度，有效控制炉内缓冷速度，同时利用co2低于1000℃后氧化性大幅降低，不与碳反应，且不与铁反应的特点，大幅控制缓冷过程氧化铁皮的产生，有效提高金属收得率，一并解决了缓冷速度和减少氧化铁皮产生量大的问题，从真正意义上实现缓冷技术的高效使用问题。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于针对现有技术存在的问题，提供一种利用二氧化碳控制钢坯氧化和缓冷速度的系统及方法，解决了钢坯在现有缓冷技术条件，缓冷过程因二次氧化产生大量氧化铁皮、缓冷过程上下冷却差异较大及缓冷速度无法控制的问题。
9.为此，本发明采取以下技术方案：一种利用二氧化碳控制钢坯氧化和缓冷速度的系统及方法，包括缓冷坑（1），所述缓冷坑（1）的底部设有进气孔（9）、侧部设有出气孔（10），所述出气孔（10）的侧部设有glⅱ散热器（6），且二者通过管路相连通，所述出气孔（10）与glⅱ散热器（6）之间的管路上还设有换热风机（7）和二氧化碳供气系统（5），所述缓冷坑（1）的内部设有若干井字垛（11）、顶部设有密封盖（4），所述密封盖（4）上设有若干排气管（2），所述排气管（2）设有排气阀门（3），所述缓冷坑（1）的上边沿处还设有密封水槽（12），所述密封水槽（12）的侧部设有水管（13），所述水管（13）设有球阀；还包括压缩机（8），所述压缩机（8）通过管路与排气管（2）相连通，所述排气管（2）的出口处设有二氧化碳检测仪（14），具体地，二氧化碳检测仪（14）采用ea900二氧化碳在线式检测仪（14），其用于监测排出气体中二氧化碳浓度；所述出气孔（10）靠近坑壁处设有测温探头（15），其用于监测缓冷坑（1）温度。
10.一种基于上述系统的利用二氧化碳控制钢坯氧化和缓冷速度的方法，包括如下步骤：步骤a.将下线的红坯以进气孔（9）对角线交点为中心，按照井字垛（11）进行码垛，码垛高度不高于缓冷坑（1）上限，避免影响密封盖落下，且要求各垛位之间距离基本一致；步骤b.将缓冷坑（1）内垛位全部码垛完，将密封盖（4）顶端的排气管（2）与glⅱ散热器（6）预设的金属软管通过快速接头连接，使用天车吊运密封盖（4）至缓冷坑（1）上方，确定位置后盖在缓冷坑（1）上，接着，打开水管（13）球阀向密封水槽（12）注水，达到预设的水封限位后关闭水管（13）球阀；步骤c.打开二氧化碳供气系统（5），通过设置进气孔（9）将二氧化碳注入缓冷坑（1）中，空气逐步被二氧化碳挤压，通过排气管（2）排出，通过二氧化碳检测仪（14）监测排出气体中二氧化碳浓度，当排出气体二氧化碳浓度达到95%以上，关闭二氧化碳供气系统（5）及排气阀门（3）；步骤d.启动设置在glⅱ散热器（6）入口处的换热风机（7），换热风机（7）将缓冷坑（1）上方的高温二氧化碳气体通过出气孔（10）吸入glⅱ散热器（6），通过glⅱ散热器（6）后二氧化碳温度降低，再由设置在缓冷坑（1）底部的进气孔（9）进入缓冷坑（1），二氧化碳气体
在换热风机（7）的作用下一直循环，将铸坯的热量带入glⅱ散热器（6）；步骤e.当测温探头（15）反馈的温度达到分钢种要求的温度200～800℃，打开密封盖的排气管（2），连接公用排空烟囱，用压缩机（8）将空气通过进气孔（9）鼓入缓冷坑（1），当二氧化碳检测仪（14）检测到二氧化碳浓度达到2%，打开现场的通风风机，使用吊车将密封盖吊开，组织钢坯出坑，期间人员严禁进入缓冷坑内。
11.进一步地，所述步骤d中出气孔（10）通过管道与glⅱ散热器（6）入口处的分配器相连通，通过压差补偿措施，保证每个出气孔（10）的压力接近一致。
12.进一步地，所述步骤d中进气孔（9）通过管道与glⅱ散热器（6）出口处的分配器相连通，同样通过压差补偿措施，保证每个进气孔（9）的压力接近一致，上述措施能够保证缓冷坑内预设气体流场基本一致，有利于铸坯整体的冷却保持同步。
13.本发明的有益效果在于：1、本发明通过将缓冷坑配合密封盖构建成密闭空间，利用二氧化碳高温氧化性较氧气差、低温难反应且比氧气重的特点，在密闭空间通过二氧化碳将氧气排出，解决了常规缓冷坑高温铸坯长时间处于空气环境下，造成二次氧化产生大量氧化铁皮的技术难题；2、本发明通过二氧化碳气体配合换热系统，将密闭的缓冷坑内高温的二氧化碳从出气抽出，通过换热系统glⅱ散热器变成低温的二氧化碳，并通过进气孔送入缓冷坑，整个换热过程根据各钢种特点，分阶段设定换热风机的转速，能够控制缓冷速度，解决了裂纹敏感钢种长时间处于裂纹敏感温度区的问题，有效控制裂纹的产生；3、本发明通过设置进气孔、出气孔及分配器，保证了缓冷坑在密闭工作阶段，各点二氧化碳气体的流动速度基本一致，也就能够保证各点单位时间带出缓冷坑的温度基本一致，解决了缓冷过程铸坯上中下各层的缓冷速度不同，避免了单支铸坯上下面温度差异产生应力造成裂纹的问题。
附图说明
14.图1为本发明系统的结构示意图；图2为本发明系统中缓冷坑的仰视结构示意图；图3为本发明系统中缓冷坑的侧视结构示意图。
15.图中，1-缓冷坑，2-排气管，3-排气阀门，4-密封盖，5-二氧化碳供气系统，6-glⅱ散热器，7-换热风机，8-压缩机，9-进气孔，10-出气孔，11-井字垛，12-密封水槽，13-水管，14-二氧化碳检测仪，15-测温探头。
具体实施方式
16.下面结合附图与实施方法对本发明的技术方案进行相关说明。
17.如图1-3所示，一种利用二氧化碳控制钢坯氧化和缓冷速度的系统，包括缓冷坑（1），所述缓冷坑（1）的底部设有进气孔（9）、侧部设有出气孔（10），所述出气孔（10）的侧部设有glⅱ散热器（6），且二者通过管路相连通，所述出气孔（10）与glⅱ散热器（6）之间的管路上还设有换热风机（7）和二氧化碳供气系统（5），所述缓冷坑（1）的内部设有若干井字垛（11）、顶部设有密封盖（4），所述密封盖（4）上设有若干排气管（2），所述排气管（2）设有排气阀门（3），所述缓冷坑（1）的上边沿处还设有密封水槽（12），所述密封水槽（12）的侧部设有
水管（13），所述水管（13）设有球阀；还包括压缩机（8），所述压缩机（8）通过管路与排气管（2）相连通，所述排气管（2）的出口处设有二氧化碳检测仪（14），具体地，二氧化碳检测仪（14）采用ea900二氧化碳在线式检测仪（14），其用于监测排出气体中二氧化碳浓度；所述出气孔（10）靠近坑壁处设有测温探头（15），其用于监测缓冷坑（1）温度。
18.实施例1一种基于上述系统的利用二氧化碳控制钢坯氧化和缓冷速度的方法，包括如下步骤：步骤a.将下线温度1250℃的50#中碳钢按照设置的井字垛（11）码垛；步骤b.码垛铸坯达到限额要求后，使用天车盖上密封盖（4），并使用密封水槽（12）注水加强密封盖（4）的密封效果；步骤c.打开二氧化碳供气系统（5），利用二氧化碳将缓冷坑（1）内的空气全部排出，等设置二氧化碳检测仪（14）反馈二氧化碳浓度达到95%以上，关闭设置在密封盖（4）上面的排气管（2），再关闭二氧化碳供气系统（5）；步骤d.启动换热分机（7），与铸坯接触的高温二氧化碳气体从出气孔被吸入glⅱ散热器（6）中，换热后由进气孔（9）进入缓冷坑（1）；步骤e.经12小时换热运行，通过测温探头（15）反馈内部温度已经达到320℃，已经满足出坯要求，较常规缓冷坑48~60小时的缓冷时间，缩短时长超过75%以上。利用压缩空气系统将缓冷坑内的二氧化碳气体排出，检测到缓冷坑（1）二氧化碳浓度下降到2%以下后，利用天车调开密封盖（4），使用红外测温枪测量各层铸坯温度，温度在300~350℃区间，较常规铸坯顶层温度自然冷却到320℃时，底层的铸坯温度基本还在480~550℃之间，有效控制各层冷却温度的同步性。选用一块铸坯将表面氧化铁皮利用清理设备清理干净，铸坯失重1.3kg/t，较常规缓冷失重4.5~5.5kg/t，氧化铁皮产生量至少减少了71%，有效控制了氧化铁皮的产生。
19.实施例2步骤a.将下线温度1280℃的355e按照设置的井字垛（11）码垛；步骤b.码垛铸坯达到限额要求后，使用天车盖上密封盖（4），并使用密封水槽（12）注水加强密封盖（4）的密封效果；步骤c.打开二氧化碳供气系统（5），利用二氧化碳将缓冷坑（1）内的空气全部排出，等二氧化碳检测仪（14）反馈二氧化碳浓度达到95%以上，关闭设置排气管（2），再关闭二氧化碳供气系统（5）；步骤d.启动换热分机（7），与铸坯接触的高温二氧化碳气体从出气孔被吸入glⅱ散热器（6）中，换热后由进气孔（9）进入缓冷坑（1）；步骤e.经4小时换热运行，通过设置测温探头（15）反馈内部温度已经达到820℃，已经满足出坯要求，较常规缓冷坑24~30小时的缓冷时间，缩短时长超过83%以上，利用压缩空气系统将缓冷坑（1）内的二氧化碳气体排出，检测到缓冷坑（1）内二氧化碳浓度下降到2%以下后，利用天车调开密封盖（4），使用红外测温枪测量各层铸坯温度，温度在800~850℃区间，较常规铸坯顶层温度自然冷却到800℃时，底层的铸坯温度基本还在900~950℃之间，有效控制各层冷却温度的同步性。选用一块铸坯将表面氧化铁皮利用清理设备清理干净，铸
坯失重0.8kg/t，较常规缓冷失重2.6~3.5kg/t，氧化铁皮产生量至少减少了69%，有效控制了氧化铁皮的产生。

技术特征：
1.一种利用二氧化碳控制钢坯氧化和缓冷速度的系统，其特征在于，包括缓冷坑（1），所述缓冷坑（1）的底部设有进气孔（9）、侧部设有出气孔（10），所述出气孔（10）的侧部设有glⅱ散热器（6），且二者通过管路相连通，所述出气孔（10）与glⅱ散热器（6）之间的管路上还设有换热风机（7）和二氧化碳供气系统（5），所述缓冷坑（1）的内部设有若干井字垛（11）、顶部设有密封盖（4），所述密封盖（4）上设有若干排气管（2），所述排气管（2）设有排气阀门（3），所述缓冷坑（1）的上边沿处还设有密封水槽（12），所述密封水槽（12）的侧部设有水管（13），所述水管（13）设有球阀；还包括压缩机（8），所述压缩机（8）通过管路与排气管（2）相连通，所述排气管（2）的出口处设有二氧化碳检测仪（14），具体地，二氧化碳检测仪（14）采用ea900二氧化碳在线式检测仪（14），其用于监测排出气体中二氧化碳浓度；所述出气孔（10）靠近坑壁处设有测温探头（15），其用于监测缓冷坑（1）温度。2.一种基于权利要求1所述系统的利用二氧化碳控制钢坯氧化和缓冷速度的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤a.将下线的红坯以进气孔（9）对角线交点为中心，按照井字垛（11）进行码垛，码垛高度不高于缓冷坑（1）上限，避免影响密封盖落下，且要求各垛位之间距离基本一致；步骤b.将缓冷坑（1）内垛位全部码垛完，将密封盖（4）顶端的排气管（2）与glⅱ散热器（6）预设的金属软管通过快速接头连接，使用天车吊运密封盖（4）至缓冷坑（1）上方，确定位置后盖在缓冷坑（1）上，接着，打开水管（13）球阀向密封水槽（12）注水，达到预设的水封限位后关闭水管（13）球阀；步骤c.打开二氧化碳供气系统（5），通过设置进气孔（9）将二氧化碳注入缓冷坑（1）中，空气逐步被二氧化碳挤压，通过排气管（2）排出，通过二氧化碳检测仪（14）监测排出气体中二氧化碳浓度，当排出气体二氧化碳浓度达到95%以上，关闭二氧化碳供气系统（5）及排气阀门（3）；步骤d.启动设置在glⅱ散热器（6）入口处的换热风机（7），换热风机（7）将缓冷坑（1）上方的高温二氧化碳气体通过出气孔（10）吸入glⅱ散热器（6），通过glⅱ散热器（6）后二氧化碳温度降低，再由设置在缓冷坑（1）底部的进气孔（9）进入缓冷坑（1），二氧化碳气体在换热风机（7）的作用下一直循环，将铸坯的热量带入glⅱ散热器（6）；步骤e.当测温探头（15）反馈的温度达到分钢种要求的温度200～800℃，打开密封盖的排气管（2），连接公用排空烟囱，用压缩机（8）将空气通过进气孔（9）鼓入缓冷坑（1），当二氧化碳检测仪（14）检测到二氧化碳浓度达到2%，打开现场的通风风机，使用吊车将密封盖吊开，组织钢坯出坑，期间人员严禁进入缓冷坑内。3.根据权利要求2所述的一种利用二氧化碳控制钢坯氧化和缓冷速度的系统及方法，其特征在于，所述步骤d中出气孔（10）通过管道与glⅱ散热器（6）入口处的分配器相连通，通过压差补偿措施，保证每个出气孔（10）的压力接近一致。4.根据权利要求2所述的一种利用二氧化碳控制钢坯氧化和缓冷速度的系统及方法，其特征在于，所述步骤d中进气孔（9）通过管道与glⅱ散热器（6）出口处的分配器相连通，同样通过压差补偿措施，保证每个进气孔（9）的压力接近一致，上述措施能够保证缓冷坑内预设气体流场基本一致，有利于铸坯整体的冷却保持同步。

技术总结
本发明提供了一种利用二氧化碳控制钢坯氧化和缓冷速度的系统及方法，本发明利用CO2低温惰性特性，实现钢坯在无氧化环境进行缓冷，解决了常规缓冷在600℃以上继续产生氧化铁皮的技术难题，本发明还通过换热系统的风机转速调控实现了缓冷坑内冷却速率控制，特别对于裂纹敏感性钢种，可结合冷却特性要求控制冷却速率，缩短铸坯位于裂纹敏感区的时间，有效解决敞开式缓冷坑冷却速率低、时间长等问题，同时，还通过进气孔和出气孔的合理设置，实现了缓冷坑内码垛的铸坯上下部冷却速率基本一致，解决了常规敞开式缓冷坑单个垛位上冷下热，铸坯温度不均造成二次裂纹的问题。铸坯温度不均造成二次裂纹的问题。铸坯温度不均造成二次裂纹的问题。


技术研发人员：魏国立 刘国胜 朱青德 胡绍岩 丁万武 姚燕
受保护的技术使用者：甘肃酒钢集团宏兴钢铁股份有限公司
技术研发日：2023.04.23
技术公布日：2023/8/28